1、單片機原理及應(yīng)用設(shè)計報告題 目 電子時鐘的設(shè)計 專 業(yè) 物理學(xué) 院 部 物理與電子工程學(xué)院 學(xué) 號 - 姓 名 - 指 導(dǎo) 教 師 - 答 辯 時 間 二0一二年五月 工作時間： 2012年5月基于單片機的電子時鐘系統(tǒng)的設(shè)計 指導(dǎo)教師：- 學(xué)生：-關(guān)鍵詞：單片機；電子時鐘；鍵盤控制器；目錄第一章 總體設(shè)計1第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計22.1 硬件電路22.1.1 單片機最小系統(tǒng)32.1.2 鍵盤電路52.1.3 顯示電路5第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計63.1主程序流程圖63.2 主要子程序的流程圖7第四章 系統(tǒng)仿真8第五章 綜合調(diào)試與問題的解決95.1 硬件調(diào)試95.2 軟件調(diào)試問題及解決9結(jié) 論10參考文

2、獻10附 錄11第1章 總體設(shè)計 1.1 設(shè)計要求 電子時鐘的計時范圍00時00分00秒至23時59分59秒，由按鍵來調(diào)節(jié)時鐘時間，時分秒都可以調(diào)整。 1.2 設(shè)計思路 根據(jù)設(shè)計的要求可確定如下的設(shè)計思路：利用AT89C52系統(tǒng)單片機，LCD液晶顯示器，鍵盤等一些輔助元件來生成時鐘電路已達到設(shè)計要求，然后通過編寫相應(yīng)的程序來實現(xiàn)對時鐘的調(diào)試和控制。1.3 電路的設(shè)計方案 隨著單片機技術(shù)的飛速發(fā)展，通過單片機對控制對象的控制日益成為今后自動控制領(lǐng)域的一個發(fā)展方向 。采用MCS-52單片機來對時間進行控制，不僅具有控時方便，組太簡單和靈和性大等優(yōu)點，而且可以大幅度的提高控制時間的技術(shù)指標(biāo)。從而可以

3、大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，因此單片機對時間的控制問題是一個工業(yè)生產(chǎn)上經(jīng)常會遇到的問題。 經(jīng)過設(shè)計和元器件的功能，設(shè)計要求和設(shè)計思路，確定相應(yīng)的設(shè)計方案，該電路有多部分組成，如控制鍵盤的輸入電路，單片機的時鐘電路，LCD液晶顯示時間電路等。所以根據(jù)上述條件作出相應(yīng)的實時時鐘電路總的框圖，然后開始設(shè)計內(nèi)部驅(qū)動程序，是各種芯片按照相應(yīng)的程序?qū)崿F(xiàn)特定的功能，之后按照程序的設(shè)計，將相應(yīng)的管腳連接調(diào)試，看是夠能實現(xiàn)特定的功能。 硬件框圖如下：元件AT89C52單片機蜂鳴器時鐘顯示鍵盤控制 圖1-1 硬件框圖主程序設(shè)計的流程圖如下： 圖1-2 主程序設(shè)計流程圖第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，需

4、要考慮多個方面，除了實現(xiàn)顯示和鬧鐘的基本功能外，還要注意系統(tǒng)的穩(wěn)定度、器件的通用性、軟件編程的以實現(xiàn)性、系統(tǒng)其它功能及性能指標(biāo)。2.1 硬件電路本設(shè)計以單片機為控制核心，采用模塊化設(shè)計，共分以下幾個功能模塊：單片機控制系統(tǒng)、鍵盤及時間顯示、及調(diào)時模塊等。 其硬件圖如下： 圖2-1 數(shù)字電子時鐘硬件設(shè)計圖液晶電路圖： 圖2-2單片機作為整個硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調(diào)整機工作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理器。時鐘的00時00分00秒顯示設(shè)為程序的默認(rèn)值，當(dāng)時鐘的時間走到10點時，蜂鳴器就打開并開始發(fā)出生音?？梢酝ㄟ^手動調(diào)節(jié)s1和s2以及s3調(diào)節(jié)時鐘時間。2.1.1 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng),或者稱為最

5、小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。對52系列單片機來說,最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括:單片機、時鐘電路、復(fù)位電路。其中時鐘電路電路圖如下：圖2-3時鐘電路XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內(nèi)選擇。電容取30PF左右。系統(tǒng)的時鐘電路設(shè)計是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。AT89單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是

6、此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22F。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地1-3。復(fù)位電路電路圖如下：圖2-4復(fù)位電路圖在振蕩器運行時，有兩個機器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時

7、，將使單片機復(fù)位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后P0P3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為ROM的00H處開始運行程序。復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機器周期的S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復(fù)位電路。當(dāng)時鐘頻率選用6MHz時，C取22F，Rs約為200，Rk約為1K。復(fù)位操作不會對內(nèi)部RAM有所影響。復(fù)位電路:由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成

8、,由圖并結(jié)合“電容電壓不能突變”的性質(zhì),可以知道,當(dāng)系統(tǒng)一上電,RST腳將會出現(xiàn)高電平,并且,這個高電平持續(xù)的時間由電路的RC值來決定.典型的51單片機當(dāng)RST腳的高電平持續(xù)兩個機器周期以上就將復(fù)位,所以,適當(dāng)組合RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位.一般教科書推薦C 取10u,R取8.2K.當(dāng)然也有其他取法的,原則就是要讓RC組合可以在RST腳上產(chǎn)生不少于2個機周期的高電平1-3。2.1.2 鍵盤電路單片機鍵盤有獨立鍵盤和矩陣式鍵盤兩種：獨立鍵盤每一個I/O 口上只接一個按鍵，按鍵的另一端接電源或接地（一般接地），這種接法程序比較簡單且系統(tǒng)更加穩(wěn)定；而矩陣式鍵盤式接法程序比較復(fù)雜，但是占用的I/O

9、少。根據(jù)本設(shè)計的需要這里選用了獨立式鍵盤接法。獨立式鍵盤的實現(xiàn)方法是利用單片機I/O口讀取口的電平高低來判斷是否有鍵按下。將常開按鍵的一端接地，另一端接一個I/O 口，程序開始時將此I/O口置于高電平，平時無鍵按下時I/O口保護高電平。當(dāng)有鍵按下時，此I/O 口與地短路迫使I/O 口為低電平。按鍵釋放后，單片機內(nèi)部的上拉電阻使I/O口仍然保持高電平。我們所要做的就是在程序中查尋此I/O口的電平狀態(tài)就可以了解我們是否有按鍵動作了7。在用單片機對鍵盤處理的時候涉及到了一個重要的過程，那就是鍵盤的去抖動。這里說的抖動是機械的抖動，是當(dāng)鍵盤在未按到按下的臨界區(qū)產(chǎn)生的電平不穩(wěn)定正?，F(xiàn)象，并不是我們在按鍵

10、時通過注意可以避免的。這種抖動一般10200毫秒之間，這種不穩(wěn)定電平的抖動時間對于人來說太快了，而對于時鐘是微秒的單片機而言則是慢長的。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定，我們必須去除或避開它。目前的技術(shù)有硬件去抖動和軟件去抖動，硬件去抖動就是用部分電路對抖動部分加之處理，但是實現(xiàn)的難度較大又會提高了成本。軟件去抖動不是去掉抖動，而是避抖動部分的時間，等鍵盤穩(wěn)定了再對其處理。所以這里選擇了軟件去抖動，實現(xiàn)法是先查尋按鍵當(dāng)有低電平出現(xiàn)時立即延時10200毫秒以避開抖動（經(jīng)典值為20毫秒），延時結(jié)束后再讀一次I/O 口的值，這一次的值如果為1 表示低電平的時間不到10200 毫秒，視為干擾信號。當(dāng)讀出的值是0時則

11、表示有按鍵按下，調(diào)用相應(yīng)的處理程序。2.1.3 顯示電路顯示器普遍地用于直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運行狀態(tài)和工作數(shù)據(jù)，按照材料及產(chǎn)品工藝，單片機應(yīng)用系統(tǒng)中常用的顯示器有： 發(fā)光二極管LED顯示器、液晶LCD顯示器、CRT顯示器等。發(fā)光二極管（LED）由特殊的半導(dǎo)體材料砷化鎵、磷砷化鎵等制成，可以單獨使用，也可以組裝成分段式或點陣式LED顯示器件。分段式顯示器（LED數(shù)碼管）由7條線段圍成8字型，每一段包含一個發(fā)光二極管。外加正向電壓時二極管導(dǎo)通，發(fā)出清晰的光。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段亮、滅，就可以顯示各種字形或符號。LED數(shù)碼管有共陽、共陰之分。本次設(shè)計使用LCD液晶顯示來顯示時間，采用動態(tài)顯示的方法

12、，其中P3.0P3.2為鍵盤控制端，調(diào)節(jié)顯示的時間，P1.0P1.7為液晶輸出口，控制時間的顯示，P2.0是控制蜂鳴器的輸出口。第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件在硬件平臺上構(gòu)筑，完成各部分硬件的控制和協(xié)調(diào)。系統(tǒng)功能是由硬件和軟件共同實現(xiàn)的，由于軟件的可伸縮性，最終實現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強可弱，差別可能很大。因此，軟件是本系統(tǒng)的靈魂。軟件采用模塊化設(shè)計方法，不僅易于編程和調(diào)試，也可減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。同時，對軟件進行全面測試也是檢驗錯誤排除故障的重要手段。3.1主程序流程圖 系統(tǒng)一開始，首先程序初始化，時間顯示00時00分00秒，時間一秒一秒地繼續(xù)往前走，通過按鍵s1,s2,s3調(diào)節(jié)時間的時分秒

13、調(diào)節(jié)，當(dāng)時間顯示的時分秒等于10點時，蜂鳴器就打開，發(fā)出聲音，一段時間后自動關(guān)閉聲音。程序不斷掃描鍵盤看是否有s1鍵按下，如果沒有繼續(xù)走時，如果掃描鍵盤時有按鍵按下，則執(zhí)行中斷程序，可以通過s2,s3調(diào)時。主程序流程圖如下： 開始 走時判斷時間是否為10點系統(tǒng)初始化 N顯示初始時間 Y打開蜂鳴器啟動走時 關(guān)閉蜂鳴器掃描鍵盤是否有鍵按下 N Y設(shè)置時分秒 圖3-1 主程序流程圖3.2 主要子程序的流程圖 中斷子程序：當(dāng)按下S1和S4按下時，運行中斷程序，通過S2,S3調(diào)節(jié)時間，其流程圖如下： 開始 主程序 S1鍵按下 中斷服務(wù) 返回 圖3-2 中斷子程序流程圖按鍵子程序流程圖：按下S1時即可實現(xiàn)

14、時間的調(diào)節(jié)，通過按S2時間加，S3時間減，再按S1回到走時。按鍵子程序流程圖如下： 開始鍵盤掃描S1按下 N Y通過S2，S3，調(diào)時 返回 圖3-3 按鍵子程序流程圖第四章 系統(tǒng)仿真Proteus軟件是Labcenter Electronics公司的一款電路設(shè)計與仿真軟件，它包括ISIS、ARES等軟件模塊，ARES模塊主要用來完成PCB的設(shè)計，而ISIS模塊用來完成電路原理圖的布圖與仿真。Proteus的軟件仿真基于VSM技術(shù)，它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢就在于它能仿真大量的單片機芯片，比如MCS-51系列、PIC系列等等，以及單片機外圍電路，比如鍵盤、LED、LCD等等。通過Pro

15、teus軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個功能齊全、實用方便的單片機實驗室。下圖是截取的是時鐘仿真圖：圖4-1 時鐘的仿真圖第五章 綜合調(diào)試與問題的解決單片機應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試包括硬件和軟件兩部分，但是他們并不能完全分開。一般的方法是排除明顯的硬件故障，再進行綜合調(diào)試，排除可能的軟/硬件故障。這次由于時間緊迫的關(guān)系沒有做實物，但是對硬件調(diào)試還是有一定的了解。5.1 硬件調(diào)試拿到電路板后，首先要檢查加工質(zhì)量，并確保沒有任何方面的錯誤，如短路和斷路，尤其要避免電源短路；元器件在安裝前要逐一檢查，用萬用表測其數(shù)值，看是否與所用相同；完成焊接后，應(yīng)先空載上電（芯片座上不插芯片），并檢查各引腳的電位是否正確。

16、若一切正常，方可在斷電的情況下將芯片插入，再次檢查各引腳的電位及其邏輯關(guān)系。將萬用表的探針放到單片機接電源的引腳上檢測一下，看是否符合要求。5.2 軟件調(diào)試問題及解決軟件程序的調(diào)試一般可以將重點放在分模塊調(diào)試上，統(tǒng)調(diào)是最后一環(huán)。軟件調(diào)試可以采取離線調(diào)試和在線調(diào)試兩種方式。前者不需要硬件仿真器，可借助于軟件仿真器即可；后者一般需要仿真系統(tǒng)的支持。本次設(shè)計，用Keil軟件來調(diào)試程序，通過各個模塊程序的單步或跟蹤調(diào)試，使程序逐漸趨于正確，最后統(tǒng)調(diào)程序。仿真部分采用proteus 6 professional軟件，此軟件功能強大且操作較為簡單，可以很容易的實現(xiàn)各種系統(tǒng)的仿真。首先打開proteus 6

17、 professional軟件，在元件庫中找到要選用的所有元件，然后進行原理圖的繪制；繪制好后再選擇wave6000已經(jīng)編譯好的*.hex文件，選擇運行，觀察顯示結(jié)果，根據(jù)顯示的結(jié)果和課題的要求再修改程序，再運行查，直到滿足要求為止。結(jié) 論 本設(shè)計以單片機為核心，以LCD液晶作為顯示，該設(shè)計很好地完成了設(shè)計的各項要求，主要體現(xiàn)如下：手動鍵盤的控制時間和鬧鐘，以及準(zhǔn)確地走時穩(wěn)定性好等特點。在畢業(yè)設(shè)計的整個過程中，我深切地體會到:實踐是理論運用的最好檢驗。畢業(yè)設(shè)計是對我們4年所學(xué)知識的一次綜合性測試和考驗，無論是在動手能力方面還是理論知識的運用能力方面，都使得我有了很大的提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計，使

18、我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面的系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機的基本原理、單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設(shè)計思路技巧，特別是對C語言的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。經(jīng)過總結(jié)和分析，我意識到在設(shè)計程序之前，一定要有一個清晰的思路和一個完整的的軟件流程圖；在設(shè)計程序時，不能妄想一次就將整個程序設(shè)計好，反復(fù)修改、不斷改進是程序設(shè)計的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，一個程序的完美與否不僅僅是實現(xiàn)功能，而應(yīng)該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為資料的保存和交流提供了方便；在設(shè)計課程過程中遇到問題是很正常,但我們應(yīng)該將每次遇到的問題記錄下來，并

19、分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題。 本次畢業(yè)設(shè)計為我的大學(xué)生活畫上了圓滿的句號，為我即將的工作和生活奠定了堅實的基礎(chǔ)。參考文獻1 王靜霞. 單片機應(yīng)用技術(shù)M. 北京：電子工業(yè)出版社,2009：20150.2 何立民. 單片機高等教程M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2000：150210 3 何立民. 單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)配置與接口技術(shù)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001:1494.4 雄建云. Protel99 se EDA技術(shù)及應(yīng)用M. 北京：北京機械工業(yè)出版社,2007：141176.5 林春方. 電子線路學(xué)習(xí)指導(dǎo)與實訓(xùn)M. 北京：北京電子工業(yè)出版社,2004：118164.

20、6 楊寶清, 宋文貴. 實用電路手冊M. 北京：機械工業(yè)出版社, 2002：1300.7 曾屹. 單片機原理與應(yīng)用M. 湖南：中南大學(xué)出版社,2009:18154.8 楊立. 微型計算機原理與接口技術(shù)M. 中國水利水電出版社,2005:165180.9 李楊幫. 實用電源電路集錦M. 北京：電子工業(yè)出版社,1998：2659.10 朱運利. 單片機技術(shù)應(yīng)用M. 北京：械工業(yè)出版社,2005：80127.11 胡健. 單片機原理及接口技術(shù)實踐教程M. 北京：機械工業(yè)出版社,2004：12116.12 李華. MCS-51單片機接口技術(shù)與運用M. 北京：北京航天航空大學(xué)出版社,2000：44191

21、.13 胡漢才. 單片機接口技術(shù)與運用M. 北京：機械工業(yè)出版社,2005：104225.14 唐俊翟, 許雷. 單片機原理與應(yīng)用M. 北京：北京冶金工業(yè)出版社,2003：69143.致 謝在學(xué)院各位領(lǐng)導(dǎo)以及指導(dǎo)教師彭老師的大力支持下，我基本完成了這次設(shè)計任務(wù)。我在這一次畢業(yè)設(shè)計過程中，很是受益匪淺。通過對自己在大學(xué)四年時間里所學(xué)的知識的回顧，并充分發(fā)揮對所學(xué)知識的理解和對畢業(yè)設(shè)計的思考及書面表達能力，最終完成了。這為自己今后進一步深化學(xué)習(xí)，積累了一定寶貴的經(jīng)驗。撰寫論文的過程也是專業(yè)知識的學(xué)習(xí)過程，它使我運用已有的專業(yè)基礎(chǔ)知識，對其進行設(shè)計，分析和解決一個理論問題或?qū)嶋H問題，把知識轉(zhuǎn)化為能力

22、的實際訓(xùn)練。在同學(xué)及指導(dǎo)教師彭老師的一些指點和引導(dǎo)下，真正培養(yǎng)了我運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。通過這次設(shè)計我發(fā)現(xiàn)，只有理論水平提高了才能夠?qū)⒄n本知識與實踐相整合，理論知識服務(wù)于教學(xué)實踐，以增強自己的動手能力。這個設(shè)計在現(xiàn)實社會中也存在著一定的價值和意義，從中我獲得很深刻的經(jīng)驗。通過這次設(shè)計，我知道了理論和實際的距離，也知道了理論和實際想結(jié)合的重要性，也從中得知了很多書本上無法得知的知識。我們的學(xué)習(xí)不但要立足于書本，以解決理論和實際教學(xué)中的實際問題為目的，還要以實踐相結(jié)合，理論問題即實踐課題，解決問題即課程研究，學(xué)生自己就是一個專家，通過自己的手來解決問題比用腦子解決問題更加深刻。學(xué)習(xí)就應(yīng)該

23、采取理論與實踐結(jié)合的方式，理論的問題，也就是實踐性的課題。這種做法既有助于完成理論知識的鞏固，又有助于帶動實踐，解決實際問題，加強我們的動手能力和解決問題的關(guān)鍵。附 錄系統(tǒng)軟件設(shè)計程序代碼#include#define uchar unsigned char #define uint unsigned intsbit rs=P35;sbit rw=P36;sbit lcden=P34;sbit s1=P30;sbit s2=P31;sbit s3=P32;sbit buzzer=P20;uchar n,s1num；char miao,shi,fen;uchar code table= 00:0

24、0:00;void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-); void write_com(uchar com)rs=0;lcden=0;P1=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0; void write_date(uchar date)rs=1;lcden=0;P1=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void init()uchar num;lcden=0;rw=0;write_com(0x38);write_com(0x0c);write_co

25、m(0x06);write_com(0x01);write_com(0x80);for(num=0;num15;num+)write_date(tablenum);delay(5);TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;void write_shifenmiao(uchar add,uchar date)uchar shi,ge;shi=date/10;ge=date%10;write_com(0x80+add);write_date(0x30+shi);write_date(0x30+ge

26、); void naozhong()buzzer=0;if(shi=10&fen=00&miao=00)buzzer=1;delay(100);buzzer=0;delay(100); void keyscan()if(s1=0)delay(5); if(s1=0)s1num+;while(!s1);if(s1num=1)TR0=0;write_com(0x80+10);write_com(0x0f);if(s1num=2)write_com(0x80+7);if(s1num=3)write_com(0x80+4); if(s1num=4)s1num=0;write_com(0x0c);TR0=1;if(s1num!=0)if(s2=0)delay(5);if(s2=0)while(!s2);if(s1num=1)miao+;if(miao=60)miao=0;wr